સામગ્રીનો પરિચય: પ્રકૃતિ અને ગુણધર્મો (ભાગ 1: સામગ્રીનું માળખું)

પ્રો. આશિષ ગર્ગ

ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ મટિરિયલ સાયન્સ એન્ડ એન્જિનિયરિંગ

ઇન્ડિયન ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ ટેકનોલોજી, કાનપુર

વ્યાખ્યાન - 01

સામગ્રી ઉત્ક્રાંતિ

અમે સામગ્રીની પ્રકૃતિ અને ગુણધર્મો પર આ નવો અભ્યાસક્રમ શરૂ કરીશું, અને અમે આ ચોક્કસ અભ્યાસક્રમનું પ્રથમ મોડ્યુલ શરૂ કરીશું, જે સામગ્રીના માળખા પર આધારિત છે. તેથી, હું આશિષ ગર્ગ છું, અને હું આઈઆઈટી કાનપુરમાં મટિરિયલ સાયન્સ અને એન્જિનિયરિંગ વિભાગમાં પ્રોફેસર છું અને જો કોઈને મારો સંપર્ક કરવાની જરૂર હોય તો મારી સંપર્ક વિગતોનું પાલન કરું છું. તેથી, અભ્યાસક્રમની રૂપરેખામાં ઉલ્લેખ કરવામાં આવ્યો છે અને આ અભ્યાસક્રમ લગભગ તમામ પૃષ્ઠભૂમિના યુજી અને પીજી વિદ્યાર્થીઓ માટે ઉપયોગી છે, તે પણ મેટલર્જિકલ એન્જિનિયરિંગમાં સામગ્રીનો અભ્યાસ કરતા વિદ્યાર્થીઓ માટે.

(સ્લાઇડ ટાઇમ સંદર્ભ આપો: 00:52)

અભ્યાસક્રમ માટે ભલામણ કરેલી વાંચન સામગ્રીમાં ત્રણ પુસ્તકોની સૂચિ આપવામાં આવી છે, પ્રોફેસર વી. રાઘવનનું પ્રથમ પુસ્તક, જે મટિરિયલ સાયન્સ એન્જિનિયરિંગ છે, બીજું સારું પુસ્તક કેલિસ્ટરનું છે, જે મટિરિયલ સાયન્સ એન્જિનિયરિંગ છે. તે એક પ્રારંભિક પુસ્તક છે, અને ત્રીજું પુસ્તક જ્હોન વુલ્ફનું છે, એટલે કે વિલી દ્વારા સામગ્રીનું માળખું અને ગુણધર્મો, પ્રથમ ગ્રંથ સામગ્રીના માળખા સાથે સંબંધિત છે. તેથી, જો કોઈ વિગતોમાં જવા માંગે છે તો તે એક ઉત્તમ પુસ્તક છે. તો, આપણે બધા શા માટે જાણીએ કે સામગ્રી આવશ્યક છે, આપણી સંસ્કૃતિઓનું નામ કાંસ્ય યુગ, પથ્થરની ઉંમર, આયર્ન એજ જેવી સામગ્રીપરથી રાખવામાં આવ્યું છે અને હાલમાં આપણે સિલિકોન યુગ અથવા ઇલેક્ટ્રોનિક્સ યુગમાં છીએ.

(સ્લાઇડ ટાઇમ સંદર્ભ આપો: 01:57)

તેથી, આપણે જાણીએ છીએ કે જો તમે આપણા પૂર્વજો પાસે પાછા જાઓ તો સામગ્રી ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે, તે પહેલા પથ્થરોનો ઉપયોગ કરી રહ્યા હતા. પછી તેઓએ સામગ્રીની શોધ શરૂ કરી, અને વિચિત્ર રીતે કિંમતી ધાતુઓ ઘણી સામગ્રીઓ સમક્ષ આવી અને પછી કાંસા અને પિત્તળ જેવી તાંબા આધારિત મિશ્રધાતુઓનો વિકાસ થયો. સિંધુ ખીણ સભ્યતામાં કાંસા અને પિત્તળનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. પછી લોખંડના આગમનથી મનુષ્યને નોંધપાત્ર ફાયદા થયા કારણ કે લોખંડ એક મજબૂત સામગ્રી હતી. તેનો ઉપયોગ માત્ર યુદ્ધમાં જ નહીં પરંતુ અન્ય ઘણી વ્યવહારુ બાબતોમાં પણ થઈ શકે છે. તેણે પથ્થરો અને અન્ય વસ્તુઓની તુલનામાં શિકારને સરળ બનાવ્યો. છેલ્લાં 200 વર્ષથી સિલિકોન આધારિત તકનીકી શોધોના આગમનને કારણે ઇલેક્ટ્રોનિક્સ અથવા વીજળીનો વિકાસ થયો હતો અને તેના કારણે અમે સિલિકોન આધારિત તમામ તકનીકી ઉપકરણોનો ઉપયોગ કરી રહ્યા છીએ.

તેથી, સામગ્રી આપણા માટે ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે, અને તેથી જ સામગ્રીના વિજ્ઞાન અને એન્જિનિયરિંગનો અભ્યાસ કરવો મહત્વપૂર્ણ છે. તેથી, આ અભ્યાસક્રમ એક પ્રારંભિક અભ્યાસક્રમ છે, અને અમે સામગ્રીની મૂળભૂત બાબતો વિશે વાત કરીશું, જે તમને આ શિસ્તમાં આગળ વધવામાં મદદ કરશે.

(સ્લાઇડ સમય સંદર્ભ આપો: 03:54)

ઈ.સ.પૂ.10,000માં આ વ્યક્તિ પથ્થર, સ્ટ્રો બ્રેક, લાકડાની ચામડી જેવી વસ્તુઓનો ઉપયોગ કરતો હતો. નવાઈની વાત એ છે કે સોનું એકદમ વહેલું આવી ગયું. અને પછી, ઇ.સ.પૂ. ૫૦૦૦ પછી, એક માણસે માટીકામ વિકસાવવાનું શરૂ કર્યું, જે સિરામિક, ચશ્મા અને કમ્પોઝિટ પર આધારિત હતું, તેનો ઉપયોગ પેપરમાં કરવામાં આવ્યો હતો. ઉદાહરણ તરીકે, પોલિમર અને ઇલાસ્ટોમરનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. અને પછી કોપર, બ્રોન્ઝ અને આયર્ન, તેઓ અન્ય વિવિધ સંસ્કૃતિઓમાં સિંધુ ખીણ સભ્યતા સમક્ષ આવ્યા. પછી લોખંડના આગમનને કારણે ધાતુઓના ઉપયોગને વિસ્તૃત કરતી લોખંડની ઉંમર અને પછી તે જ સમયે અને સિમેન્ટ ફેક્ટરીઓના રૂપમાં સિરામિક અને ગ્લાસ જેવી વસ્તુઓનો ઉપયોગ પણ કરતી રહી, કારણ કે તેમને મકાનો અને હવેલીઓ અને મહેલો વગેરે બનાવવાની જરૂર હતી.

વધુમાં, જ્યારે આપણે 1900ના દાયકામાં આગળ વધતા રહીએ છીએ, ત્યારે લોખંડે લોખંડ ને કાસ્ટ કરવાનો માર્ગ આપ્યો, ત્યારબાદ સ્ટીલ. સ્ટીલ એ માત્ર લોખંડની તુલનામાં વધુ સારું સામગ્રી છે, અને પછી મિશ્ર ધાતુના સ્ટીલના વિકાસ, જેણે હકીકતમાં સ્ટીલમાં સુધારો કર્યો હતો. તેથી, આ સ્ટીલનો યુગ છે જે કોઈ જોઈ શકે છે. હવે સ્ટીલ ખૂબ સારું હતું, પરંતુ તે માણસે અન્ય સામગ્રીની શોધ કરી જે વધુ હળવી અને મજબૂત છે. તેથી, ત્યાં જ એલ્યુમિનિયમ મિશ્રધાતુઓ, ટાઇટેનિયમ મિશ્રધાતુઓ, ઝિર્કોનિયમ મિશ્રધાતુઓ જેવી સામગ્રી, તે બધા ચિત્રમાં આવ્યા.

1960 ના દાયકામાં, આ વળાંક ઉપરની તરફ જવાનું શરૂ કરે છે, જેનો અર્થ એ છે કે ધાતુઓ ધીમે ધીમે તેમના ક્ષેત્રમાં સંકોચાઈ રહી છે, અને અન્ય સામગ્રીવિસ્તૃત થવા લાગે છે. તદુપરાંત, પુરુષોએ ઘણા બધા સિન્થેટિક પોલિમર વિકસાવવાનું પણ શરૂ કર્યું હતું, અને આ સિન્થેટિક પોલિમર એપ્લિકેશન્સની એરેને જન્મ આપે છે, જે પોલિમર આધારિત છે કારણ કે પોલિમર એક હળવી સામગ્રી છે. અને પછી પથ્થરનું મિશ્રણ કરીને અને સિરામિક અને પોલિમર અથવા ધાતુઓ અને પોલિમર અને ધાતુઓ અને ધાતુઓ અને સિરામિક્સ નું મિશ્રણ કરીને પણ કમ્પોઝિટ કરે છે, લોકોએ આ કમ્પોઝિટ બનાવ્યા હતા જેમાં વિવિધ ગુણધર્મો હતા, જે ધાતુ અને સિરામિક બંનેના ગુણધર્મો સાથે સમાધાન કરે છે. તેથી, તે બંનેનું મિશ્રણ છે. તેથી, તમે જોઈ શકો છો કે સામગ્રીનો અખાડો સમયના કાર્ય તરીકે નાટકીય રીતે બદલાયો છે, અને આજે, ઉદાહરણ તરીકે, 1950ના દાયકામાં ક્યાંક, આપણે કહીએ કે વેક્યુમ ટેકનોલોજી, પ્રોસેસિંગ તકનીકોમાં આગમન, સિલિકોનના ઉત્પાદનને માર્ગ આપે છે.

આજે આપણે સિલિકોનના યુગમાં ઊભા છીએ, અને કદાચ આજે મોલેક્યુલર એન્જિનિયરિંગનો યુગ પણ છે કારણ કે આપણે સામગ્રી તરફ જોઈ રહ્યા છીએ અને મોલેક્યુલર સ્કેલ, ખૂબ પાતળી ફિલ્મો, ગ્રેફિન જેવા 2ડી માળખાઓ પર સામગ્રીનો ઉપયોગ કરી રહ્યા છીએ. આપણે કહી શકીએ કે આપણે સામગ્રીના તદ્દન અલગ યુગના યુગમાં ઉભા છીએ, જે આપણી અગાઉની સામગ્રી કરતા ખૂબ જ અલગ છે.

તેથી, જો આપણે આ સામગ્રીનું વર્ગીકરણ કરીએ, જેનો ઉપયોગ મોટાભાગની એન્જિનિયરિંગ એપ્લિકેશનો માટે થાય છે, તો કેટલીક કેટેગરીઓ છે જેમાં આપણે વર્ગીકૃત કરી શકીએ છીએ. તેથી, અલબત્ત, આપણા મગજમાં જે પહેલું આવે છે તે ધાતુઓ અને મિશ્રધાતુઓ છે.

(સ્લાઇડ ટાઇમ સંદર્ભ આપો: 07:36)

ઉદાહરણ તરીકે ધાતુઓ અને મિશ્રધાતુઓમાં તાંબુ ધાતુ અને પિત્તળ છે, જે તાંબા અને ઝિંકની મિશ્રધાતુ છે. તમારી પાસે આયર્ન અને કાર્બન એલોય હોઈ શકે છે, જે સ્ટીલ અને કાસ્ટ ઇસ્ત્રી સિવાય બીજું કશું નથી. તેથી, કોઈ પણ તાંબુ, નિકલ, આયર્ન, ઝિર્કોનિયમ, ટાઇટેનિયમ, એલ્યુમિનિયમ વગેરે, તે બધા ધાતુઓ છે, અને તમે તેને વિવિધ તત્વો સાથે ભેળવીને તેની મિશ્રધાતુઓ બનાવી શકો છો, અને તેમાં ઉત્તમ ગુણધર્મો છે. ધાતુઓ સામાન્ય રીતે ખૂબ જ ડક્ટાઇલ હોય છે, અને તે વાજબી રીતે મજબૂત પણ હોય છે, અને તેનો ઉપયોગ નીચા તાપમાનથી ઉચ્ચ તાપમાન સુધીની એપ્લિકેશનોમાં થઈ શકે છે. ઉપરાંત, ધાતુઓ વિદ્યુત અને થર્મલ રીતે સંચાલિત થાય છે; તેથી જ આપણી દુનિયામાં ધાતુઓનો વ્યાપક ઉપયોગ થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, એલ્યુમિનિયમ ઓક્સાઇડ, સિલિકોન ઓક્સાઇડ, સિલિકોન કાર્બાઇડ, મેગ્નેશિયમ ઓક્સાઇડ, ટાઇટેનિયમ ઓક્સાઇડ અને આ તમામ ઓક્સાઇડ, નાઇટરાઇડ્સ, કાર્બાઇડ્સની બીજી કેટેગરી મૂળભૂત રીતે સિરામિક હોય છે. સિરામિક ધાતુઓથી અલગ છે કારણ કે તે વધુ બરડ છે પરંતુ ખૂબ મજબૂત છે; તેમની પાસે ઉચ્ચ તાકાત અથવા ઉચ્ચ મોડ્યુલસ છે. તેથી, જો તમે તેમને ઇમ્પેક્ટ લોડિંગને આધીન કરો છો, ઉદાહરણ તરીકે, જો તમે ગ્લાસ કપમાં ચા પીતા હો, તો તમે જાણો છો કે જો તે તૂટી જાય છે, તો તે તૂટી જાય છે જ્યારે ધાતુ એવું કરતી નથી. તેથી, જેનો અર્થ એ છે કે તે બરડ છે. જો કે, કેટલીક એપ્લિકેશનો છે જેમાં સિરામિક ્સ મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે સિરામિક ઉચ્ચ તાપમાનની સામગ્રી છે, અને તેમાં ઓછા ગુણક થર્મલ વિસ્તરણ પણ છે, તેથી, સિરામિકનો ઉપયોગ રિફ્રેક્ટરી, ઇંટો અને ભઠ્ઠા માટે થાય છે. સાધનો કાપવા માટે સિરામિક ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે, અને તેમાં ઉચ્ચ સખતતા પણ છે જેથી તે ત્યાં ખૂબ મહત્વપૂર્ણ હોઈ શકે.

બીજી તરફ, ધાતુઓનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે પુલ, મકાનો, સળિયા, ઓટોમોબાઇલ્સ જેવી માળખાગત સામગ્રી તરીકે થાય છે, જે મજબૂત, ડક્ટાઇલ અને સખત હોવી જોઈએ.

ત્રીજી કેટેગરી પોલિમર છે, જે હળવી સામગ્રી છે. તેમની પાસે લો ઇલાસ્ટિક મોડ્યુલસ છે. જો કે, તે ખૂબ જ લવચીક છે, અને તમે અત્યંત પાતળી રચનાઓ બનાવી શકો છો, તેમાંથી ખૂબ જ હળવી રચનાઓ બનાવી શકો છો, તેમાં મોટાભાગે કાર્બન, નાઇટ્રોજન, ઓક્સિજન વગેરે જેવા હળવા તત્વો હોય છે. તેથી, ઉદાહરણો પોલિઇથિલીન હોઈ શકે છે, જેનો ઉપયોગ પ્લાસ્ટિકની થેલીની જેમ થાય છે જેનો આપણે દરરોજ ઉપયોગ કરીએ છીએ. પીવીસી પોલિવિનાઇલ ક્લોરાઇડ છે, જેનો ઉપયોગ ડક્ટિંગ, પાઇપિંગ અને તે એક મજબૂત સામગ્રી છે તે બધા માટે થાય છે, પરંતુ તે હળવું છે, અને તે કાટ લેતું નથી. તેથી, પોલિમરનો બીજો ફાયદો છે કે તેઓ કાટ લેતા નથી. તેથી, ઉદાહરણ તરીકે, જો તમે ધાતુની પાઇપ બનાવો છો અને તમારો જંગલી ફ્લશ તેમાંથી પસાર થાય છે, તો તે કાટ ખાઈ જાય છે, પરંતુ પોલિમર કાટ મારતા નથી.

તેથી, પોલિમર હળવા હોય છે, બનાવવામાં સરળ હોય છે, કાટ ન લાગે છે, અને તેની કિંમત ઓછી હોય છે. ઘણા સિલિકોનનો ઉપયોગ વિવિધ એપ્લિકેશનોમાં થાય છે; ઇલાસ્ટોમરમાં આ પોલિમર એ સામગ્રીનો બીજો વર્ગ છે જે ધાતુઓ અને સિરામિકથી ખૂબ જ અલગ છે, તે અર્થમાં કે તે એટલા મજબૂત નથી. જો કે, તેમની પાસે પ્રકાશ છે, તેમની પાસે ઉચ્ચ લવચીકતા છે, અને તેઓ ખૂબ જ મુશ્કેલ છે. તેથી, તમે ધાતુઓ અને સિરામિક્સના ઉચ્ચ તાપમાનના પ્રોસેસિંગમાં ગયા વિના તેમની પાસેથી વસ્તુઓ સરળતાથી બનાવી શકો છો.

તેથી, પોલિમરોએ આપણું જીવન સરળ બનાવ્યું છે; ઉદાહરણ તરીકે, પ્લાસ્ટિકની થેલીએ આપણા જીવનને વધુ આરામદાયક બનાવ્યું છે. પછી સામગ્રીના ચોથા વર્ગને કમ્પોઝિટ, હાઇબ્રિડ મટિરિયલ્સ કહેવામાં આવે છે, જે ઉપરોક્તનું મિશ્રણ છે. તેથી, તમે ધાતુનું મિશ્રણ કરી શકો છો, અને સિરામિક ધાતુમેટ્રિક્સ કમ્પોઝિટ બનાવે છે. તેથી, તમે ધાતુઓ અને સિરામિક બંનેના ગુણધર્મોનો ઉપયોગ કરો છો. એ જ રીતે, જ્યારે તમે પોલિમર અને સિરામિક્સ મિક્સ કરો છો ત્યારે તમે પોલિમર મેટ્રિક્સ કમ્પોઝિટ બનાવી શકો છો. તેથી, તમે પોલિમર તેમજ સિરામિકના ફાયદાનો ઉપયોગ કરો છો. તદુપરાંત, તમે ધાતુમાં પણ પોલિમર મિક્સ કરી શકો છો.

તેથી, આ વિવિધ સામગ્રીના બે કે ત્રણ વર્ગોનું સંયોજન કમ્પોઝિટ આપશે, અને તેમના ફાયદા છે. ઉદાહરણ તરીકે, આજે આપણી પાસે જે ટેનિસ રેકેટ છે તે એક સંયુક્ત છે, અને ઘણા ભાગો અને ઓટોમોટિવ એપ્લિકેશન્સ અથવા એરક્રાફ્ટ એપ્લિકેશન્સ, જ્યાં પણ તમારે ઉચ્ચ વિશિષ્ટ તાકાત અથવા ઉચ્ચ વિશિષ્ટ મોડ્યુલસની જરૂર હોય, તમે કમ્પોઝિટનો ઉપયોગ કરવાનું વલણ ધરાવો છો. કારણ કે કમ્પોઝિટમાં યુનિટ વેઇટ દીઠ ઊંચી તાકાત હોય છે, તે જ રીતે, તે યુનિટ વજન દીઠ ઉચ્ચ મોડ્યુલસ ધરાવે છે, અને તે જ અમુક એપ્લિકેશનોમાં ઉપયોગી છે. તેથી, આ કેટલીક એપ્લિકેશનો છે જે તમે જોઈ શકો છો, વસ્તુઓ પકડવા માટે નું પ્લાયર એ છે કે તમે જોઈ શકો છો કે આનું માથું ધાતુનું બનેલું છે કારણ કે તે મજબૂત હોવું જોઈએ, તે બરડ ન હોવું જોઈએ, પરંતુ તે તમને સારી પકડ પ્રદાન કરે છે, તે ઉપજ વું જોઈએ નહીં.

(સ્લાઇડ સમય સંદર્ભ આપો: 12:12)

તેથી, તે સ્ટીલથી બનેલું છે, પરંતુ તમે પુલ બનાવવા માટે તેનો ઉપયોગ કરો છો તે ધાતુઓની બીજી ઘણી એપ્લિકેશનો છે, તેનો ઉપયોગ બાંધકામ સામગ્રી તરીકે થાય છે, કારમાં ઘણા ભાગો છે અને કાર સ્ટીલ, એલ્યુમિનિયમ, તાંબા જેવી ધાતુઓથી બનેલી છે.

સિરામિક્સ તમે અહીં સિરામિક નો ટુકડો સફેદ ટુકડો જોઈ શકો છો, જે મૂળભૂત રીતે ઇન્સ્યુલેટર છે, સિરામિક્સ ઇન્સ્યુલેટર છે. તેથી, તે આપણને સ્પાર્ક પ્લગ કહેવા દેવાના ભાગોને ઇન્સ્યુલેટ કરે છે, અને સિરામિક થર્મલ અને ઇલેક્ટ્રિકલ ઇન્સ્યુલેટર્સ પણ છે. તેથી, તેઓ સામાન્ય ઇલેક્ટ્રિકલમાંથી ઇન્સ્યુલેશન પણ પ્રદાન કરે છે. તેથી, ઉદાહરણ તરીકે, ઇલેક્ટ્રિકલ થાંભલાઓ પર, તમે સફેદ સિરામિક ટુકડાઓ જુઓ છો; તે સિરામિક ઇન્સ્યુલેટર્સ સિવાય બીજું કશું નથી.

મગ, પ્લાસ્ટિકની થેલીઓ, પાઇપવગેરે બનાવવા માટે પોલિમરનો ઉપયોગ થાય છે. ઘણા બધા તબીબી ઉપકરણો પોલિમરથી બનેલા હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે, વિવિધ કારણોસર એલાસ્ટોમર્સને વિવિધ ક્લબમાં મૂકવામાં આવે છે, અમે પછીથી સમજાવીશું. ચશ્મા સામાન્ય રીતે પારદર્શક હોય છે. અને તમારી વચ્ચે કંઈક જોઈ શકો છો તે સંકર છે, ઉદાહરણ તરીકે, ટેનિસ રેકેટ, એરલાઇન, વિમાનના ઘટકો, ઓટોમોટિવ ઘટકો તે બધા આ સામગ્રીને ભેળવીને બનાવવામાં આવે છે જેથી તે હળવા છતાં મજબૂત બને.

(સ્લાઇડ ટાઇમ સંદર્ભ આપો: 14:01)

આ કેટલીક એપ્લિકેશનો છે, જેમ કે મેં તમને અગાઉ સમજાવ્યું હતું. ટૂંકમાં કહીએ તો, સિરામિકમાં ઉચ્ચ જડતા, ઉચ્ચ સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ, સખત, ઉચ્ચ ઘર્ષણ પ્રતિકાર, સારી ઉચ્ચ તાપમાનની તાકાત હોય છે, જેનો અર્થ એ છે કે તેઓ તેમની તાકાતને 1000થી વધુ ઊંચા તાપમાન સુધી પકડી રાખે છે ⁰સી. તેમની પાસે વાજબી રીતે સારો કાટ પ્રતિકાર છે, પરંતુ તેઓ બરડ છે; સિરામિકમાં આ એક મોટી સમસ્યા છે કારણ કે તેઓ કોઈ આઘાત ને શોષી શકતા નથી. તેથી, બીજી તરફ, ચશ્મા સખત, કાટ-પ્રતિરોધક, વિદ્યુત રીતે અવાહક, પારદર્શક હોય છે. તેથી, આ ચશ્માના કેટલાક સારા લક્ષણો છે, જે સિરામિકમાં તમારી પાસે છે તેના જેવા જ છે, પરંતુ તે બરડ પણ છે. તેથી, આ ફરીથી ચશ્માની સમસ્યા છે.

(સ્લાઇડ સમય સંદર્ભ આપો: 14:50)

પોલિમરની ઘનતા ઓછી હોય છે; તે હળવા છે કારણ કે તે કાર્બન, નાઇટ્રોજન, ઓક્સિજન અને હાઇડ્રોજન જેવા પ્રકાશ તત્વોથી બનેલા છે. મોલ્ડિંગ જેવી પ્રક્રિયાઓ તેમને સરળતાથી આકાર આપી શકે છે, અને તે એકમ વજન દીઠ ઉચ્ચ તાકાત ધરાવે છે. તેથી, આમ, તેમની તાકાત બહુ ઊંચી નથી, પરંતુ જો તમે ઘનતાના પરિપ્રેક્ષ્યને જુઓ, તો તે ખૂબ મજબૂત છે. તેમાં જડતાનો અભાવ હોય છે, જેનો અર્થ એ છે કે તેમની પાસે લો ઇલાસ્ટિક મોડ્યુલસ છે, પરંતુ તે ખૂબ જ લવચીક છે, તમે મોટા તાણપર પ્લાસ્ટિકના કામો કરી શકો છો. તેથી, તેઓ મોટા તાણનો સામનો કરી શકે છે. જો કે, તેમના ગુણધર્મો તાપમાન પ્રત્યે અત્યંત સંવેદનશીલ હોય છે, કારણ કે તેઓ તાપમાનસાથે નરમ પડે છે, તેમના પીગળવાના બિંદુઓછું હોય છે. તેથી, પ્લાસ્ટિકનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે એપ્લિકેશનો માટે થતો નથી, જ્યાં પણ તમારે ઉચ્ચ તાપમાનને આધિન સામગ્રી ને આધિન હોવી જોઈએ. તેથી, પ્લાસ્ટિક સામાન્ય રીતે 50 અથવા 100 થી ઓછા તાપમાન માટે યોગ્ય છે ^ઓપોલિમરના પ્રકારને આધારે સી.

એલાસ્ટોમર પોલિમરનો પિતરાઇ ભાઇ છે. તેમાં જડતાનો અભાવ છે, અને તેમાં ધાતુઓ કરતાં અનેક ગણી ઓછી મોડ્યુલસ છે, મૂળભૂત રીતે રબર, ખેંચાયા પછી તેનો આકાર જાળવી રાખવાની આ અદ્ભુત ક્ષમતા છે, તમે રબર અથવા ઇલાસ્ટોમરને ખૂબ મોટા સ્ટ્રેન્સ પ્રદાન કરી શકો છો. વધુમાં, તેઓ પોલિમરની તુલનામાં પ્રમાણમાં મજબૂત અને સખત છે. તેથી, જ્યાં પણ તમારે મજબૂત પોલિમરની જરૂર હોય ત્યાં સમાન પ્રકારની એપ્લિકેશનો, તમે ઇલાસ્ટોમરનો ઉપયોગ કરો છો. જો કે, પોલિમર અને ઇલાસ્ટોમર વચ્ચેનો એક તફાવત એ છે કે, પોલિમરને ઓગાળીને ફરીથી ઉપયોગમાં લેવામાં આવે છે, પરંતુ ઇલાસ્ટોમરને ઓગાળી શકાતું નથી. તેથી, સામાન્ય રીતે, ઇલાસ્ટોમર વિઘટિત થાય છે જ્યારે, પોલિમર વિઘટિત થતું નથી.

(સ્લાઇડ સમય સંદર્ભ આપો: 16:34)

અને પછી આપણે ધાતુઓ અને સંકર, ધાતુઓ પર આવીએ છીએ જે તે ખૂબ જ મુશ્કેલ છે, તેમાં ઉચ્ચ ફ્રેક્ચર સખતતા છે, આ એક પરિમાણ છે જેને કે કહેવામાં આવે છે_{આઇ.સી.}, જે ફ્રેક્ચર ની કઠોરતાનું પ્રતિનિધિ છે. તેમની પાસે ઉચ્ચ જડતા, ઉચ્ચ સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ છે, રચના અને પ્રક્રિયાના આધારે ખૂબ જ ડક્ટાઇલ છે. ધાતુ શું બનાવવામાં આવે છે અથવા તે લોખંડ આધારિત, એલ્યુમિનિયમ આધારિત, તાંબા આધારિત અથવા નિકલ આધારિત છે? તેઓ તમને તાકાત આપી શકે છે, જે રચના અને પ્રક્રિયાના આધારે 50 એમપીએથી 1000 એમપીએ થી વધુ વધારે છે. તેથી, ધાતુ હોવી ખૂબ સારી છે કારણ કે તમે શું ઇચ્છો છો તેના આધારે તમે તેની સંપત્તિને એન્જિનિયર કરી શકો છો - રચના અને પ્રક્રિયાની પરિસ્થિતિઓમાં ફેરફાર કરીને તેના પર આધાર રાખીને અને જે વિવિધ હોઈ શકે છે. તેઓ સામાન્ય રીતે થર્મલ અને ઇલેક્ટ્રિકલ વાહક હોય છે; તેથી જ જ્યાં પણ તમને ઉચ્ચ વિદ્યુત વાહકતા અને ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતાની જરૂર હોય ત્યાં એપ્લિકેશનોમાં તેનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. જોકે, મોટાભાગની ધાતુઓ પ્રત્યાઘાતી હોય છે; તેઓ ઓક્સિડાઇઝ કરે છે, અથવા તેઓ પર્યાવરણ સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, અને તેથી જ મોટાભાગની ધાતુઓમાં કાટ પ્રતિકાર ઓછો હોય છે.

તેથી, જ્યાં પણ તે વાતાવરણ આક્રમક હોય, ક્ષારીય વાતાવરણ હોય અથવા તમારી પાસે કાદવ હોય, ત્યાં તમે તેને ધાતુમાંથી બનાવી શકતા નથી કારણ કે તે સમયના કાર્ય તરીકે કાટ ખાઈ જશે. તેથી, આ ધાતુની ખામી છે. અને પછી આપણી પાસે સંકર છે, ધાતુઓ વિશેની બીજી વસ્તુ સામાન્ય રીતે ભારે હોય છે, એલ્યુમિનિયમ સિવાય, મોટાભાગના ધાતુઓ ભારે હોય છે. આયર્નની ઘનતા લગભગ 8 છે, અને સોનું ખૂબ ભારે છે, ચાંદી પણ ભારે છે, નિકલ ભારે છે, આ બધી ધાતુઓ અથવા મોટાભાગની એન્જિનિયરિંગ ધાતુઓ કે જેની હું વાત કરું છું તે ભારે હોય છે. તાંબા, એલ્યુમિનિયમ, ટાઇટેનિયમ અને મેગ્નેશિયમ સિવાયની મોટાભાગની એન્જિનિયરિંગ ધાતુઓ ભારે હોય છે, અને ધાતુઓ સામાન્ય રીતે તમે બનાવ્યા પછી પીગળતા માર્ગ દ્વારા બનાવવામાં આવે છે.

પછી આપણી પાસે સંકર છે, જે ખર્ચાળ હોય છે કારણ કે તમારે વિવિધ વર્ગોની સામગ્રીનું મિશ્રણ કરીને તેને ચોક્કસ રીતે પ્રક્રિયા કરવી પડે છે. તમે વિવિધ સામગ્રીનો ઉપયોગ કરો છો, તેથી તે આકાર અને જોડાવા માટે ખૂબ સરળ નથી કારણ કે ધાતુઓમાં જોડાવાની લાક્ષણિકતાઓ અલગ હોય છે, તેમાં જોડાવાની લાક્ષણિકતાઓ અલગ હોય છે, પોલિમરની જોડાવાની લાક્ષણિકતાઓ જુદી હોય છે, અને તે બધા વિવિધ તાપમાનની પ્રક્રિયા કરે છે પરિણામે કમ્પોઝિટમાંથી પોલિમરમાંથી સારો આકાર બનાવવો અને તેમાં જોડાવું ખૂબ મુશ્કેલ છે. તેથી, સંકરના કિસ્સામાં પ્રક્રિયા થોડી મુશ્કેલ છે. જો કે, તમે સામગ્રીના સંયોજન પર આધારિત ખૂબ સારા ગુણધર્મો પ્રાપ્ત કરી શકો છો. ઉદાહરણ તરીકે, ટેનિસ રેકેટમાં, તમારે ટેનિસ રેકેટમાં શું જોઈએ છે? તે હળવું હોવું જોઈએ; તે મજબૂત હોવું જોઈએ, અને તે ઉપજવું જોઈએ નહીં. તેથી, જ્યારે ટેનિસ રેકેટ ફટકારે છે, ત્યારે તે કાયમી ધોરણે જાણ કર્યા વિના અથવા તોડ્યા વિના થોડું ફ્લેક્સ કરવા માટે સક્ષમ હોવું જોઈએ. તેથી, તે કમ્પોઝિટ બનાવીને પ્રાપ્ત થાય છે, જે આપણે પોલિમર કાર્બન કમ્પોઝિટ કહીએ છીએ.

તેથી, તમે શું મિક્સ કરો છો અને તમે કેવી રીતે મિક્સ કરો છો અને સામગ્રીનો આકાર અને કદ કેવા છે તેના આધારે, તમે તેમના ગુણધર્મોને વ્યાપક પણે અનુરૂપ કરી શકો છો. તેથી, તેઓ સામાન્ય રીતે તમને ઉચ્ચ વિશિષ્ટ તાકાત અથવા મોડ્યુલસ આપે છે, જે મૂળભૂત રીતે ઓટોમોટિવ અને એરક્રાફ્ટ એપ્લિકેશન્સમાં જરૂરી છે. તેથી, આ સામગ્રીના કેટલાક ઉદાહરણો છે.

(સ્લાઇડ ટાઇમ સંદર્ભ આપો: 20:05)

હવે આપણે જોઈએ કે સામગ્રીને શું મહત્વપૂર્ણ બનાવે છે, અથવા તમે તેને કેવી રીતે એન્જિનિયર કરી શકો છો? તો, આને ટેટ્રાહેડ્રોન સામગ્રી કહેવામાં આવે છે, જેમાં ચાર ભાગો હોય છે, એક સામગ્રીની રચના છે, અને આ શું છે? આ વિશિષ્ટ વ્યાખ્યાન શ્રેણી માળખા વિશે છે, પરંતુ એક માળખું ખૂબ જ વ્યાપક અર્થ છે; માળખાના વિવિધ અર્થો છે. પછી બીજું ગુણધર્મો, જેમ કે યાંત્રિક સંપત્તિ, થર્મલ પ્રોપર્ટી, ઇલેક્ટ્રોનિક પ્રોપર્ટી, ઓપ્ટિકલ પ્રોપર્ટી વગેરે. ત્રીજું પ્રોસેસિંગ છે, તમે સામગ્રી કેવી રીતે બનાવો છો, તમે તેને એક ચોક્કસ આકાર અને કદ પર લાવવા માટે સામગ્રીને કેવી રીતે પ્રોસેસ કરો છો જે તમે ઇચ્છો છો અને પછી પ્રદર્શન કરો છો. કામગીરી માળખાગત એપ્લિકેશનો, ઇલેક્ટ્રોનિક એપ્લિકેશનો વગેરે જેવી એપ્લિકેશનો સાથે સંબંધિત છે.

તેથી, તેઓ વિવિધ સામગ્રીનો ઉપયોગ કરે છે, જેમાં ખૂબ જ અલગ ગુણધર્મો અને વિવિધ કાર્યક્ષમતા હોય છે. તો, તમે તેમને કેવી રીતે બનાવો છો? એવી વિવિધ પદ્ધતિઓ છે જેના દ્વારા તમે પાવડર પ્રોસેસિંગ જેવી સામગ્રી બનાવી શકો છો, તમે પાવડરથી શરૂઆત કરી શકો છો અને પછી કોઈ ચોક્કસ ઘટક બનાવી શકો છો, અથવા તમે પીગળતા માર્ગ દ્વારા પ્રારંભ કરી શકો છો, જે કાસ્ટ કરવું પડશે. કાસ્ટિંગ પછી, તમે રોલિંગ જેવી કેટલીક વધુ યાંત્રિક સારવાર પ્રદાન કરી શકો છો. સામગ્રીના આધારે, વિવિધ પ્રક્રિયા પદ્ધતિઓ ઉપલબ્ધ છે.

અને પછી આપણી પાસે યાંત્રિક ગુણધર્મો, વિદ્યુત ગુણધર્મો, ચુંબકીય ગુણધર્મો, થર્મલ ગુણધર્મો છે. તો, પ્રશ્ન એ છે કે તેમને કેવી રીતે માપવું અથવા કેવી રીતે તૈયાર કરવું? અને પછી અંતે આપણી પાસે માળખું છે. સામગ્રીની રચનાને વિવિધ માપદંડો પર જોવામાં આવે છે, અને એક મેક્રો-સ્ટ્રક્ચર છે. મેક્રો-સ્ટ્રક્ચર જેવી જ નરી આંખે કંઈક જુઓ. જો તમે તેને થોડી વધુ વિગતવાર જોવા માંગો છો કે વિવિધ સ્તરો કેટલા છે, શું કોઈ પોરોસિટી છે, શું કોઈ તિરાડ છે, જે નરી આંખે દેખાતી નથી, તમે માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર જુઓ છો, તો તમે માઇક્રોસ્કોપ પર જાઓ છો.

અને જો તમે સૂક્ષ્મ માળખાને જોઈને ખુશ ન હો, જો તમે માળખાને વધુ સારી રીતે સમજવા માંગો છો, તો તમારે પરમાણુ માળખા પર જવું પડશે જેનો અર્થ એ છે કે તમારે ખરેખર ખૂબ સરસ તકનીકો પર જવું પડશે, અને પછી તમારે થોડું મોડેલિંગ પણ કરવું પડશે, અને જો તમે પરમાણુ માળખું પણ સમજવા માંગો છો , ગુણધર્મો, જે સામગ્રીમાં ઉત્પન્ન થાય છે પછી તમે ઇલેક્ટ્રોનિક માળખું જુઓ છો.

ઇલેક્ટ્રોનિક માળખું સામાન્ય રીતે મોડેલિંગ આધારિત કવાયત છે. તેથી, સામગ્રીનું માળખું તમે જે લંબાઈના સ્કેલ ની વાત કરી રહ્યા છો તેના પર આધાર રાખે છે, અને તે મેક્રો-સ્ટ્રક્ચર હોઈ શકે છે; તે સૂક્ષ્મ માળખું હોઈ શકે છે; તે પરમાણુ માળખું, ઇલેક્ટ્રોનિક માળખું હોઈ શકે છે. તેથી, તમે જોઈ શકો છો કે તમે મેક્રોથી માઇક્રોથી પરમાણુથી ઇલેક્ટ્રોનિક તરફ જતા હો ત્યારે લંબાઈના માપદંડમાં ઘટાડો થાય છે. અને તે સામગ્રી, માળખું, પ્રોસેસિંગ, કામગીરી અને ગુણધર્મોના આ ચાર લક્ષણોનું સંયોજન છે, જે સામગ્રીની સંભાવના નક્કી કરે છે.

તેથી, આપેલ એપ્લિકેશન માટે, તમારે મિલકતોને ઓપ્ટિમાઇઝ કરવાની જરૂર છે, અને તમારે પ્રક્રિયાને ઓપ્ટિમાઇઝ કરવાની જરૂર છે, પ્રક્રિયા સરળ, સસ્તી અને બનાવવામાં સરળ હોવી જોઈએ. મિલકતો એપ્લિકેશન અનુસાર હોવી જોઈએ, અને મિલકતો માળખાથી પ્રભાવિત થાય છે; માળખાપર પ્રક્રિયાની અસર થાય છે.

(સ્લાઇડ ટાઇમ સંદર્ભ આપો: 23:57)

આજે વિજ્ઞાન, ભૌતિકશાસ્ત્ર અને રસાયણશાસ્ત્રની સમજથી આપણે આ સામગ્રીને વિવિધ વર્ગોની ધાતુઓ અને મિશ્રધાતુઓ, સિરામિક્સ, પ્લાસ્ટિક્સ, પોલિમર અને તે કેટેગરીમાં ઇલાસ્ટોમર અને હાઇબ્રિડ અથવા કમ્પોઝિટમાં વર્ગીકૃત કરી શકીએ છીએ.

હવે, પ્રશ્ન એ ઊભો થાય છે કે, આ ચારવચ્ચે શું તફાવત છે? આપણે આ ચાર કેટેગરીમાં સામગ્રીમાં આને શા માટે વર્ગીકૃત કરવું જોઈએ? મેં તમને બતાવ્યું કે મૂળભૂત કારણ મિલકતોછે. જો કે, ગુણધર્મો સિવાય બીજું કંઈક વધુ મૂળભૂત છે, જે બોન્ડિંગ લાક્ષણિકતાઓ છે જે આ સામગ્રીની રચના નક્કી કરે છે.

(સ્લાઇડ ટાઇમ સંદર્ભ આપો: 25:18)

બોન્ડિંગ પરની ચર્ચા તરફ આગળ વધતા પહેલા, હું તમને બતાવીશ કે સામગ્રીનું માળખું કેવી રીતે મહત્વપૂર્ણ છે. તેથી, આ વિવિધ લંબાઈના સ્કેલ પર સામગ્રીનું માળખું છે. આ માળખું નરી આંખે દેખાય છે, જેને મેક્રો-સ્ટ્રક્ચર કહેવામાં આવે છે, જેનો અર્થ એ છે કે લંબાઈના માપદંડો જે માનવ આંખના નિરાકરણની બહાર છે. માઇક્રોસ્કોપ ઓપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપ હોઈ શકે છે; તે સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ હોઈ શકે છે, જે તમને માઇક્રોન અને કેટલાક સો નેનોમીટર સુધી વસ્તુઓને હલ કરવામાં મદદ કરી શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, આ એક ચોક્કસ ફેશનની અંદર ગોઠવાયેલા રેસા અથવા છિદ્રો છે, જે અહીં લંબાઈના સ્કેલને કારણે નરી આંખ દ્વારા દેખાતા નથી. તેથી, અહીં આ લંબાઈનું પ્રમાણ થોડા માઇક્રોન અથવા સબમાઇક્રોન હોઈ શકે છે. આ આંખથી ઉકેલી શકાય તેમ નથી, અને પછી તમારે તેને અંદર મૂકવાની જરૂર છે. તેથી, આપણે કેટલાક સેંકડો માઇક્રોમીટર કહીએ તેના કરતા પણ ઓછા, તમે તેને મેક્રો કહીશકશો. જો તમે ઉચ્ચ સ્તરની વિગત પર જવા માંગો છો, અને પછી તમે નેનોસ્કેલ અથવા પરમાણુ સ્તરે સામગ્રી માટેનું માળખું વધુ જોઈ શકો છો. તેથી, અહીં આ સામગ્રીની ટ્રાન્સમિશન ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ ઇમેજ છે, તમે જોઈ શકો છો કે તમે વસ્તુઓને 0.5 એનએમ સુધી ઉકેલી શકો છો, તે સ્કેલ બાર તમે જોઈ શકો છો તે લગભગ 10 એનએમ છે. તેથી, તમે વસ્તુઓને એક નેનોમીટરના અડધા ભાગ સુધી ઉકેલી શકો છો. તેથી, યોગ્ય કાળજીપૂર્વક ઇમેજિંગ દ્વારા આને નેનો અથવા પરમાણુ માળખું કહેવામાં આવે છે. તમે સામગ્રીમાં પરમાણુ વ્યવસ્થાને નીચે જોવાનો પ્રયાસ પણ કરી શકો છો. તદુપરાંત, જો તમે આને વધુ સારી રીતે સમજવા માંગો છો, તો તમારે તે કરવાની જરૂર છે જેને આપણે પરમાણુ સિમ્યુલેશનકહીએ છીએ, જે તમને સામગ્રીના પરમાણુ માળખા વિશે કહે છે.

હવે, આ પરમાણુ રચનાઓ છે, જે પરમાણુ સ્તરે જઈ શકે છે, ચાલો આપણે ઇલેક્ટ્રોનિક કહીએ, અને આ છે. તેથી, આ ટીઇએમ દ્વારા કરવામાં આવ્યું હતું. જો તમે 1 મીટરથી નીચે જવા માંગો છો, તો તમે માઇક્રોસ્કોપી કરી શકતા નથી, અને તમારે સિમ્યુલેશન્સ કરવાની જરૂર છે. તેથી, આ સિમ્યુલેશન્સ અથવા મોડેલિંગ દ્વારા છે.

તો, આ ચાર સ્તરના માળખાઓ છે, જે સામગ્રીમાં હાજર છે, અને આ માળખાઓને સમજવું ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે વિવિધ વસ્તુઓનું વિતરણ શું છે તે માળખાઓ કેવી રીતે બનાવવામાં આવે છે? વિવિધ વસ્તુઓનું કદ શું છે? તેમની મોર્ફોલોજી શું છે? તેઓ કેવી રીતે લક્ષી છે અને અન્ય વિવિધ વસ્તુઓ? તેઓ નક્કી કરશે કે સામગ્રીના ગુણધર્મો શું છે, અને તે મિલકતો ચોક્કસ એપ્લિકેશન માટે લાગુ પડતી નક્કી કરશે, અને મૂળભૂત રીતે, પ્રક્રિયા આ માળખાને નિયંત્રિત કરે છે.

તેથી, તેથી જ મેં તમને ટેટ્રાહેડ્રોન બતાવ્યું, જે ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે. તેથી, આગામી વ્યાખ્યાનમાં, હવે આપણે સામગ્રીના બંધન વિશે વાત કરીશું જેથી બોન્ડિંગ શું છે અને તે ચોક્કસ બોન્ડિંગ આપણે કરેલી સામગ્રીના વર્ગીકરણ સાથે કેવી રીતે સંબંધિત છે તે વિશે થોડો ખ્યાલ રાખીશકીએ. પછી આપણે અભ્યાસક્રમ તરફ આગળ વધીશું, માળખાનો અભ્યાસ કરવાની દ્રષ્ટિએ, આપણે પહેલા નાનામાં નાના સ્કેલથી પ્રારંભ કરીશું અને પછીથી સૌથી મોટા પાયે જઈશું.

આભાર.